宇电AI温度控制器在箱式电阻炉的应用

　　
关键词：AI温度控制器、箱式电阻炉，可控硅SCR

一、概述

    箱式电阻炉适用于科研单位，产品质检中心，工矿企业实验室作产品或材料高温条件下的性能实验。炉壳采用优质钢板折边焊接制成，表明静电喷涂工艺处理。工作室为耐火材料制成的炉膛。数显控温。
     它的外壳一般是用型钢、钢板焊接而成的，小型电炉由于需保持工作面的一定高度，一般均做成带支架的，在箱型壳体下边，有支持炉体的腿或支架。中型电炉因本身重量大及加入炉内的工件重量也大，所以一般均直接在底盘上焊接炉体及砌砖。大型电炉可以在特定的专用的地基上设计成无钢性底盘的结构，而就地焊接砌砖，但这种电炉在安装后不能吊运及移动。中小型电炉的炉门可用配重及手动装置来开闭，下部一般均有砂封槽，有些炉门上边也设有砂封槽，以保证良好的密封性，炉门关闭时，用压紧装置使炉门紧密的与门框接触，减少漏气。大型电炉可以用电动或气动、液压开闭炉门，电加热元件一般可以在炉膛内左右侧墙上及底面上布置，为了得到良好的热场，最好在护顶上也布置电加热元件，因为炉内工件一般堆放高度不会超过宽度，所以以上下两个方面加热比左右两个方面加更为有效。
     大型及中型箱式电阻炉（马弗炉）可以在护门上及后墙上适当的布置一些电加热元件，以减少炉内的温差，为了保证炉门口的热损失能得到更好的平衡，可以在较大的箱型电炉上靠炉门口的炉膛长度1/3处作为一个控制区。通保护气体的炉子应设有保证安全运行的必要装置及良好曲密封性。

       电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热处理加热、钎焊、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层的干燥等。
　　自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又用于实验室小电炉。随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。工作温度在 650℃以下的为低温炉；650～1000℃为中温炉;1000℃以上为高温炉。在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。

    箱式电阻炉特点：

1、 数显控温。

2、炉壳采用优质钢板折边焊接制成，表明静电喷涂工艺处理。

3、工作室为耐火材料制成的炉膛

二、可控硅SCR

    可控硅（SCR）国际通用名称为Thyyistoy，中文简称晶闸管。它能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等优点，它是大功率开关型半导体器件，广泛应用在电力、电子线路中。

    可控硅（SCR）是可控硅整流器的简称。可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。

    单向可控硅单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。

    双向可控硅 双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。由于主电极的构造是对称的（都从N层引出），所以它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，而是把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。双向可控硅的主要缺点是承受电压上升率的能力较低。这是因为双向可控硅在一个方向导通结束时，硅片在各层中的载流子还没有回到截止状态的位置，必须采取相应的保护措施。 双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。

三、箱式电阻炉中AI仪表的选型

      温度测量与控制是热电偶采集信号通过AI温度调节器测量和输出0～10ma或0～20ma控制触发板控制可控硅导通角的大小，从而控制主回路加热元件电流大小，使电阻炉保持在设定的温度工作状态。可控硅温度控制器由主回路和控制回路组成。主回路是由可控硅，过电流保护快速熔断器、过电压保护rc和电阻炉的加热元件等部分组成。

       控制回路是由直流信号电源、直流工作电源、电流反馈环节、同步信号环节、触发脉冲产生器、温度检测器和AI温度调节器等部分组成。选择优良耐火材料如高级氧化铝、耐火纤维和轻质砖做成的炉体是关键的一环，以硅钼棒、硅碳棒等电加热元件提供热源的温度控制设备采用可控硅温度控制器，炉况稳定，炉温控制效果在实时性和控制精度方面有显著提高。而采用计算机和AIBUS总线控制后，一台计算机可以同时控制多台电阻炉，不但实现了程序自动控制，而且可以多点温度显示记录贮存和报警等功能，系统使触发电路等大部份部件互换，可以使传统的设备得到升级。这样设备管理工作实现自动化，对设备的维护和维修比较简单。一般中低温炉通常选用AI-708的仪表，有带程序升温的选AI-708P，高温炉强烈建议选择AI-808/808P的仪表，输出模块可选：

G 隔离型固态继电器（SSR）驱动电压输出模块（12V/30mA）

L2 继电器触点开关输出模块（适合报警控制输出）

K1 “烧不坏”型单路可控硅过零触发输出模块（100-220VAC范围通用）

K3 “烧不坏”型三路可控硅过零触发输出模块（100-380VAC范围通用）

K5/K6 “烧不坏”型单路可控硅移相触发输出模块（分别适用220VAC/380VAC）

AIJK3型三相移相触发器（三相四线制，适合阻性负载，多种故障检测及报警，软起动及电流反馈输入）

AIJK6型三相移相触发器（三相三线制，适合阻性及感性负载，缺相检测及报警，软起动及电流反馈输入）

X3 光电隔离的高精度线性电流输出模块（配合三相移相触发器应用）

    S 光电隔离RS485通讯接口模块（用仪表内部12V隔离电源）

      控制方式的选择：是采用过零还是移相，是根据控制对象的温度范围所选择的加热元件来确定的。高温炉可选AI-808PA（X3+AIJK3）L2

      对于低、中、箱式电阻炉纯电阻丝温度1000oC炉型可采用过零控制，缺点是电流波动比较大，特别是大功率的加热元件；从保护延长电阻丝的寿命的目的出发可采用移相触发控制，缺点是对电网的高频干扰。

       对于高温炉采用硅碳棒、硅钼棒为发热元件，使用温度300～1700℃就一定要采用移相触发控制。以硅碳棒为加热元件的高温电阻炉，其加热元件的冷态与热态时的电阻值相差较大，在长期使用中硅碳棒的电阻值将逐渐变大。

AI智能温度调节器：

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